Neuartiger Luftfilter fängt eine Vielzahl von Schadstoffen auf

Ein Luftfilter aus Maisprotein anstelle von Erdölprodukten kann gleichzeitig kleine Partikel sowie giftige Chemikalien wie Formaldehyd einfangen, was aktuelle Luftfilter nicht können.

Die Forschung könnte zu besseren Luftreinigern führen, insbesondere in Regionen der Welt, die unter sehr schlechter Luftqualität leiden. Ingenieure der Washington State University berichten in der Zeitschrift über das Design und die Tests von Materialien für diesen biobasierten Filter Trenn- und Reinigungstechnologie.

„Feinstaub ist nicht so schwierig zu filtern, aber es ist wichtiger, gleichzeitig verschiedene Arten von chemischen Gasmolekülen einzufangen“, sagte Katie Zhong, Professorin an der School of Mechanical and Materials Engineering der WSU und korrespondierende Autorin des Papiers. „Diese proteinbasierten Luftfiltermaterialien sollten sehr vielversprechend sein, um mehrere Arten von Luftschadstoffen einzufangen.“

Schlechte Luftqualität ist ein Faktor bei Krankheiten wie Asthma, Herzkrankheiten und Lungenkrebs. Kommerzielle Luftreiniger entfernen winzige Partikel in Ruß, Rauch oder Autoabgasen, die direkt in die Lunge eingeatmet werden könnten, aber Luftverschmutzung enthält oft auch andere gefährliche gasförmige Moleküle wie Kohlenmonoxid, Formaldehyd und andere flüchtige organische Verbindungen.

Mit mikrometergroßen Poren können typische hocheffiziente Partikelluftfilter, auch bekannt als HEPA-Filter, die kleinen Partikel einfangen, sind jedoch nicht in der Lage, gasförmige Moleküle einzufangen. Sie bestehen meistens aus Erdölprodukten und Glas, was zu sekundärer Verschmutzung führt, wenn alte Filter weggeworfen werden, sagte Zhong.

Die WSU-Forscher entwickelten einen umweltfreundlicheren Luftfilter aus Maisproteinfasern, der ähnlich wie kommerzielle HEPA-Filter 99,5 % der kleinen Partikel und 87 % des Formaldehyds gleichzeitig auffangen konnte, was mehr ist als speziell dafür entwickelte Luftfilter Arten von Giften.

Die Forscher wählten Mais für die Untersuchung aus, da es in den USA als landwirtschaftliches Produkt reichlich vorhanden ist. Das Maisprotein ist außerdem hydrophob, was bedeutet, dass das Protein Wasser abweist und in einer feuchten Umgebung wie in einer Maske gut funktionieren könnte.

Die Aminosäuren im Maisprotein sind als funktionelle Gruppen bekannt. Wenn sie an der Oberfläche des Proteins exponiert sind, wirken diese funktionellen Gruppen wie mehrere Hände und greifen die giftigen chemischen Moleküle. Die Forscher demonstrierten dies, indem sie eine funktionelle Gruppe an der Proteinoberfläche freilegten, wo sie Formaldehyd aufnahm. Sie theoretisieren, dass eine weitere Umordnung der Proteine ​​einen tentakelartigen Satz funktioneller Gruppen entwickeln könnte, die eine Vielzahl von Chemikalien aus der Luft greifen könnten.

„Aufgrund des Mechanismus ist es sehr vernünftig zu erwarten, dass dieser Luftfilter auf Proteinbasis mehr Arten giftiger chemischer Moleküle einfangen könnte“, sagte Zhong.

Die von ihnen entwickelte dreidimensionale Struktur verspricht auch mehr Versprechen für eine einfache Herstellungsmethode als dünne Filme aus Proteinen, die das Forscherteam zuvor entwickelt hat. Sie verwendeten eine kleine Menge einer Chemikalie, Polyvinylalkohol, um die Nanofasern zu einem leichten, schaumartigen Material zusammenzukleben.

„Diese Arbeit bietet einen neuen Weg zur Herstellung umweltfreundlicher und multifunktionaler Luftfilter aus reichlich vorhandener natürlicher Biomasse“, sagte Zhong. „Ich glaube, diese Technologie ist sehr wichtig für die Gesundheit der Menschen und unsere Umwelt und sollte kommerzialisiert werden.“

Die Forscher würden gerne mehr Tests durchführen, einschließlich der Verwendung einer Vielzahl von funktionellen Gruppenstrukturen und anderen toxischen chemischen Molekülen. Neben Zhong wurde die Arbeit von dem Doktoranden Shengnan Lin, Ming Luo, Flaherty-Assistenzprofessor an der WSU School of Mechanical and Materials Engineering und dem Postdoktoranden Xuewei Fu durchgeführt.